Дижитал ЭКГ ба зүрхний цохилтын хяналт: 8 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:05

АНХААРУУЛГА: Энэ бол эмнэлгийн хэрэгсэл биш юм. Энэ нь зөвхөн дууриамал дохиог ашиглан боловсролын зорилгоор хийгдсэн болно. Хэрэв та энэ хэлхээг ЭКГ-ийн бодит хэмжилтэд ашиглаж байгаа бол хэлхээ ба хэлхээний багажны холболтууд нь батерейны хүч болон бусад зөв тусгаарлах техникийг ашиглаж байгаа эсэхийг шалгаарай

Электрокардиограм (ЭКГ) нь зүрхний мөчлөгийн үед цахилгаан дохиог бүртгэдэг. Зүрх цохилох бүрт миокардийн эсийн деполяризаци ба хэт туйлшралын мөчлөг байдаг. Деполяризаци ба хэт туйлшралтыг электродоор бүртгэж болох бөгөөд эмч нар уг мэдээллийг уншиж зүрх хэрхэн ажилладаг талаар илүү ихийг мэдэх болно. ЭКГ нь миокардийн шигдээс, тосгуур эсвэл ховдолын фибрилляци, тахикарди, брадикарди зэргийг тодорхойлох боломжтой [1]. ЭКГ -аас ямар асуудал байгааг тодорхойлсны дараа эмч нар өвчтөнийг амжилттай оношлох, эмчлэх боломжтой болно. Өөрийнхөө гараар электрокардиограмм хийх төхөөрөмжийг хэрхэн хийхийг сурахын тулд доорх алхмуудыг дагана уу!

Алхам 1: Материал

Хэлхээний бүрэлдэхүүн хэсгүүд:

• UA741 үйл ажиллагааны таван өсгөгч
• Эсэргүүцэл
• Конденсатор
• Холбогч утас
• DAQ самбар
• LabVIEW програм хангамж

Туршилтын төхөөрөмж:

• Функцийн генератор
• DC цахилгаан хангамж
• Осциллограф
• BNC кабель ба Т-задлагч
• Холбогч кабель
• Торон хавчаар
• Гадил жимсний залгуур

Алхам 2: Хэмжих хэрэгслийн өсгөгч

Хэлхээний эхний үе шат бол багаж хэрэгслийн өсгөгч юм. Энэ нь биологийн дохиог нэмэгдүүлдэг бөгөөд ингэснээр ЭКГ -ийн янз бүрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ялгах боломжтой болно.

Багаж хэрэгслийн өсгөгчийн хэлхээний диаграммыг дээр үзүүлэв. Энэ хэлхээний эхний шатны олзыг K1 = 1 + 2*R2 / R1 гэж тодорхойлно. Хэлхээний хоёр дахь шатны олзыг K2 = R4 / R3 гэж тодорхойлно. Багаж хэрэгслийн өсгөгчийн нийт ашиг нь K1 * K2 юм. Энэхүү төслийн хүссэн ашиг нь ойролцоогоор 1000 байсан тул K1 -ийг 31, K2 -ийг 33 -аар сонгосон байна. Эдгээр ашгийн эсэргүүцлийн утгыг хэлхээний диаграммд дээр харуулав. Та дээр дурдсан эсэргүүцлийн утгыг ашиглаж болно, эсвэл хүссэн ашгаа хангахын тулд утгыг өөрчилж болно. **

Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийнхээ утгыг сонгосны дараа хэлхээг талбар дээр хийж болно. Талхны самбар дээрх хэлхээний холболтыг хялбарчлахын тулд дээд талын сөрөг хэвтээ төмөр замыг газардуулж, доод талын хоёр хэвтээ төмөр замыг +/- 15V байхаар тохируулсан болно.

Үлдсэн бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд зай үлдээхийн тулд талхны тавцангийн зүүн талд анхны op өсгөгчийг байрлуулсан. Хавсралтыг хавчуургын он цагийн дарааллаар нэмж оруулав. Энэ нь ямар хэсгүүд нэмэгдсэн эсвэл нэмэгдээгүй байгааг хянахад хялбар болгодог. Оп -1 -ийн бүх зүүг дуусгасны дараа дараагийн op өсгөгчийг байрлуулж болно. Дахин хэлэхэд зай үлдээхийн тулд харьцангуй ойрхон байгаа эсэхийг шалгаарай. Хэмжих хэрэгслийн өсгөгч дуустал бүх op amps -д ижил он цагийн дараалсан процессыг хийж гүйцэтгэв.

Дараа нь утсан дахь хувьсах холболтыг арилгахын тулд тойрог схемд нэмэлт конденсаторыг нэмж оруулав. Эдгээр конденсаторыг тогтмол гүйдлийн хүчдэлтэй зэрэгцээ байрлуулж, дээд хэвтээ сөрөг төмөр замд газардуулав. Эдгээр конденсаторууд нь 0.1-1 микрофарадын хооронд байх ёстой. Оп өсгөгч бүр нь хоёр тойрог конденсатортой бөгөөд нэг нь 4 -р зүү, нэг нь 7 -р зүүтэй байдаг. Оп өсгөгч тус бүрийн хоёр конденсатор нь ижил утгатай байх ёстой, гэхдээ op өсгөгчөөс оп өсгөгч хүртэл өөр өөр байж болно.

Олшруулалтыг туршихын тулд өсгөгчийн оролт, гаралтыг функциональ генератор ба осциллографаар холбосон. Оролтын дохио нь осциллографт холбогдсон байв. Олшруулалтыг тодорхойлохын тулд энгийн синус долгионыг ашигласан. Функцийн генераторын гаралтыг багаж хэрэгслийн өсгөгчийн хоёр оролтын терминал руу оруулна уу. Осциллографыг гаралтын дохио ба оролтын дохионы харьцааг хэмжихээр тохируулна уу. Децибелийн хэлхээний ашиг нь Gain = 20 * log10 (Vout / Vin) юм. 1000 -ийн ашиг олохын тулд децибелийн ашиг 60dB байна. Осциллографын тусламжтайгаар та бүтээсэн хэлхээний ашиг нь таны техникийн үзүүлэлтэд нийцэж байгаа эсэх, эсвэл хэлхээг сайжруулахын тулд эсэргүүцлийн утгыг өөрчлөх шаардлагатай эсэхийг тодорхойлох боломжтой.

Багажны өсгөгчийг зөв угсарч, ажиллуулсны дараа та ховилын шүүлтүүр рүү шилжиж болно.

** Дээрх хэлхээний диаграммд R2 = R21 = R22, R3 = R31 = R32, R4 = R41 = R42

Алхам 3: Ховилын шүүлтүүр

Ховилын шүүлтүүрийн зорилго нь 60 Гц -ийн хананы цахилгаан хангамжийн дуу чимээг арилгах явдал юм. Ховилын шүүлтүүр нь дохиог таслах давтамжаар сулруулж, давтамжийг дээрээс болон доор дамжуулдаг. Энэ хэлхээний хувьд хүссэн таслах давтамж нь 60 Гц байна.

Дээр үзүүлсэн хэлхээний диаграмын удирдах тэгшитгэлүүд нь R1 = 1 / (2 * Q * w * C), R2 = 2 * Q / (w * C), R3 = R1 * R2 / (R1 + R2) бөгөөд энд Q нь чанарын хүчин зүйл бөгөөд w нь 2 * pi * (таслах давтамж) юм. Чанарын 8 хүчин зүйл нь резистор ба конденсаторын утгыг боломжийн хязгаарт өгдөг. Конденсаторын утгыг бүгд ижил гэж үзэж болно. Тиймээс та иж бүрдэлд байгаа конденсаторыг сонгох боломжтой. Дээрх хэлхээнд үзүүлсэн эсэргүүцлийн утгууд нь 60 Гц -ийн хязгаарын давтамж, чанарын коэффициент 8, конденсаторын утга 0.22 uF байна.

Конденсаторууд зэрэгцэн нэмэгддэг тул сонгосон С утгатай хоёр конденсаторыг зэрэгцээ байрлуулж 2С -ийн утгыг авна. Мөн op amp -д bypass конденсаторыг нэмж оруулав.

Ховилын шүүлтүүрийг туршихын тулд функцийн генераторын гаралтыг ховилын шүүлтүүрийн оролт руу холбоно. Осциллограф дээр хэлхээний оролт, гаралтыг ажигла. Үр дүнтэй ховилын шүүлтүүртэй байхын тулд та таслах давтамж дээр -20dB -ээс бага буюу тэнцүү ашиг олох ёстой. Бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь тийм ч тохиромжтой биш тул үүнийг хэрэгжүүлэхэд хэцүү байх болно. Тооцоолсон резистор ба конденсаторын утга нь танд хүссэн ашиг өгөхгүй байж магадгүй юм. Энэ нь резистор ба конденсаторын утгад өөрчлөлт оруулах шаардлагатай болно.

Үүнийг хийхийн тулд нэг бүрэлдэхүүн хэсэг дээр анхаарлаа төвлөрүүл. Бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг өөрчлөхгүйгээр нэг бүрэлдэхүүн хэсгийн үнэ цэнийг нэмэгдүүлэх, бууруулах. Энэ нь хэлхээний ашигт хэрхэн нөлөөлж байгааг анхаарч үзээрэй. Хүссэн ашиг олохын тулд маш их тэвчээр шаардагдаж магадгүй юм. Та эсэргүүцлийн утгыг нэмэгдүүлэх эсвэл бууруулахын тулд резисторыг цувралаар нэмж болно гэдгийг санаарай. Бидний ашиг орлогыг хамгийн их сайжруулсан өөрчлөлт бол нэг конденсаторыг 0.33 uF хүртэл нэмэгдүүлэх явдал байв.

Алхам 4: Бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр

Бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр нь ЭКГ -ийн дохионд саад болох өндөр давтамжийн дуу чимээг арилгадаг. ЭКГ -ын долгионы мэдээллийг авахад 40 Гц -ийн бага дамжуулалтын хязгаарлалт хангалттай. Гэсэн хэдий ч ЭКГ -ийн зарим бүрэлдэхүүн хэсгүүд 40 Гц -ээс давсан байна. 100 Гц эсвэл 150 Гц -ийн хязгаарыг бас ашиглаж болно [2].

Бага дамжуулалтын шүүлтүүр нь Баттервортын хоёрдугаар зэрэглэлийн шүүлтүүр юм. Манай хэлхээний ашиг нь багаж хэрэгслийн өсгөгчөөр тодорхойлогддог тул бага дамжуулагч шүүлтүүрийн хувьд 1 -ийн ашиг олохыг хүсч байна. 1 -ийн ашиг олохын тулд RA нь богино холболттой, RB нь нээлттэй хэлхээний диаграм дээр [3] нээлттэй байна. Хэлхээнд C1 = 10 / (fc) uF, энд fc нь таслах давтамж юм. C1 нь C2 * a^2 / (4 * b) -ээс бага буюу тэнцүү байх ёстой. Хоёр дахь эрэмбэтэй Butterworth шүүлтүүрийн хувьд a = sqrt (2) ба b = 1. a ба b -ийн утгыг залгахад C2 -ийн тэгшитгэл нь C1 / 2 -оос бага буюу тэнцүү болтол хялбаршуулна. Дараа нь R1 = 2 / [w * (a * C2 + sqrt (a^2 * C2^2 - 4 * b * C1 * C2))] ба R2 = 1 / (b * C1 * C2 * R1 * w^2), энд w = 2 * pi * fc 40 Гц -ийн хязгаарыг хангахын тулд энэ хэлхээний тооцоог хийж дуусгасан. Эдгээр үзүүлэлтүүдийг хангасан резистор ба конденсаторын утгыг дээрх хэлхээний диаграммд харуулав.

Оп өсгөгчийг талхны хавтангийн баруун талд байрлуулсан бөгөөд үүний дараа өөр бүрэлдэхүүн хэсэг оруулахгүй. Хэлхээг дуусгахын тулд резистор ба конденсаторыг оп өсгөгч дээр нэмсэн. Дамжуулах конденсаторыг мөн op amp дээр нэмсэн. Оролт нь ховилын шүүлтүүрийн гаралтын дохионоос ирэх тул оролтын терминал хоосон үлдсэн байна. Гэсэн хэдий ч туршилтын зорилгоор бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийг тусгаарлаж, тус тусад нь туршихын тулд оролтын зүү дээр утас байрлуулжээ.

Функцийн генераторын синус долгионыг оролтын дохио болгон ашиглаж, өөр өөр давтамжтайгаар ажиглав. Осциллограф дээрх оролт, гаралтын дохиог хоёуланг нь ажиглаж, янз бүрийн давтамжтай хэлхээний ашиг орлогыг тодорхойлно. Бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн хувьд таслах давтамжийн ашиг нь -3db байх ёстой. Энэ хэлхээний хувьд 40 Гц давтамжтай байх ёстой. 40 Гц -ээс доош давтамж нь долгионы хэлбэрт бага зэрэг суларч байх ёсгүй, гэхдээ давтамж 40 Гц -ээс дээш нэмэгдэх тусам орлого тасрахгүй байх ёстой.

Алхам 5: Хэлхээний үе шатыг угсрах

Та хэлхээний үе шат бүрийг хийж, бие даан туршиж үзсэнийхээ дараа бүгдийг нь холбож болно. Багаж хэрэгслийн өсгөгчийн гаралтыг ховилын шүүлтүүрийн оролттой холбох ёстой. Ховилын шүүлтүүрийн гаралтыг бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн оролттой холбох ёстой.

Хэлхээг туршихын тулд функциональ генераторын оролтыг багажны өсгөгчийн үе шатны оролттой холбоно. Осциллограф дээр хэлхээний оролт, гаралтыг ажигла. Та функц үүсгэгчээс эсвэл синус долгионоор урьдчилан програмчлагдсан ЭКГ долгионоор туршиж, хэлхээнийхээ нөлөөллийг ажиглаж болно. Дээрх осциллографын зураг дээр шар муруй нь оролтын долгионы хэлбэр, ногоон муруй нь гаралт юм.

Та хэлхээнийхээ бүх үе шатыг холбож, зөв ажиллаж байгааг харуулсны дараа та хэлхээнийхээ гаралтыг DAQ самбарт холбож LabVIEW програмыг эхлүүлж болно.

Алхам 6: LabVIEW програм

LabVIEW код нь янз бүрийн давтамжтай загварчилсан ЭКГ долгионоос метр тутамд цохилтыг илрүүлэх явдал юм. LabVIEW дээр програмчлахын тулд та эхлээд бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тодорхойлох ёстой. Өгөгдөл цуглуулах (DAQ) самбар гэж нэрлэдэг аналоги тоон хөрвүүлэгчийг тасралтгүй ажиллуулахаар тохируулж, тохируулах ёстой. Хэлхээнээс гарсан гаралтын дохио нь DAQ хавтангийн оролттой холбогддог. LabVIEW програм дахь долгионы хэлбэрийн график нь DAQ туслахын гаралттай шууд холбогддог. DAQ өгөгдлийн гаралт нь хамгийн их/мин танигч руу ордог. Дараа нь дохио нь үржүүлэх арифметик оператороор дамждаг. 0.8 гэсэн тоон үзүүлэлтийг босго утгыг тооцоолоход ашигладаг. Дохио 0.8*Хамгийн дээд хэмжээнээс хэтэрсэн үед оргил нь илэрдэг. Хэзээ нэгэн цагт энэ утгыг индексийн массивт хадгалдаг болохыг олж мэдсэн. Өгөгдлийн хоёр цэгийг индексийн массивт хадгалдаг бөгөөд хасах арифметик операторт оруулдаг. Цаг хугацааны өөрчлөлтийг эдгээр хоёр утгын хооронд олсон. Дараа нь зүрхний цохилтыг тооцоолохын тулд 60 -ийг цагийн зөрүүнд хуваана. Гаралтын графикийн хажууд харуулсан тоон үзүүлэлт нь зүрхний цохилтыг оролтын дохионы минут тутамд (bpm) гаргадаг. Хөтөлбөрийг тохируулсны дараа бүгдийг тасралтгүй хугацааны циклд оруулах ёстой. Өөр өөр давтамжийн оролт нь bpm -ийн өөр өөр утгыг өгдөг.

Алхам 7: ЭКГ -ийн өгөгдлийг цуглуулах

Одоо та загварчилсан ЭКГ дохиог өөрийн хэлхээнд оруулах боломжтой бөгөөд өгөгдлийг LabVIEW програмдаа бичиж болно! Зохиомол ЭКГ -ийн давтамж, далайцыг өөрчилж, энэ нь таны бүртгүүлсэн өгөгдөлд хэрхэн нөлөөлж байгааг харах боломжтой. Та давтамжийг өөрчлөх үед тооцоолсон зүрхний цохилтын өөрчлөлтийг харах ёстой. Та ЭКГ болон зүрхний цохилт хэмжигчийг амжилттай зохион бүтээжээ!

Алхам 8: Цаашдын сайжруулалт

Баригдсан төхөөрөмж нь загварчилсан ЭКГ дохиог олж авахад сайн ажиллах болно. Гэсэн хэдий ч, хэрэв та биологийн дохиог бүртгэхийг хүсч байвал (зохих аюулгүй ажиллагааны урьдчилан сэргийлэх арга хэмжээг дагаж мөрдөхөө мартуузай) дохионы уншилтыг сайжруулахын тулд хэлхээнд нэмэлт өөрчлөлт оруулах шаардлагатай. Тогтмол гүйдлийн офсет ба нам давтамжийн хөдөлгөөнт олдворуудыг арилгахын тулд өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүр нэмэх шаардлагатай. Багаж хэрэгслийн өсгөгчийн ашиг орлогыг арав дахин бууруулах шаардлагатай бөгөөд LabVIEW болон op amps -ийг ашиглах боломжтой хэмжээнд байлгах хэрэгтэй.

Эх сурвалж

[1] S. Meek, F. Morris, “Танилцуулга. II-үндсэн нэр томъёо.,”BMJ, боть. 324, үгүй. 7335, хуудас 470–3, 2002 оны 2 -р сар.

[2] Чиа-Хун Лин, ЭКГ-ын давтамжийн домэйны онцлогууд нь саарал харилцаанд суурилсан анализ дээр суурилсан ангилагч ашиглан ялгаварлан гадуурхалтыг даван туулдаг, In Computers & Mathematics with Applications, 55-р боть, 2008 оны 4-р дугаарт, 680-690-р хуудас, ISSN 0898-1221, [3] “Хоёр дахь захиалгын шүүлтүүр | Хоёрдахь дарааллын бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн загвар.” Электроникийн үндсэн хичээлүүд, 2016 оны 9-р сарын 9, www.electronics-tutorials.ws/filter/second-order-…